Masterstudiengang Allgemeiner MaschinenbauSpezialisierung Medizintechnik

(Einführung - incl. Vorbereitung im Bachelorstudiengang)

Klaus Radermacher / Lukas Theisgen

Lehrstuhl für Medizintechnikder Fakultät für Maschinenwesen der RWTH AachenHelmholtz-Institut für Biomedizinische Technik der RWTH Aachen

Pauwelsstrasse 2052074 AachenEmail: meditec@hia.rwth-aachen.deInternet: www.meditec.hia.rwth-aachen.de

Vorstellung des Masterstudienganges Allgemeiner Maschinenbau 18.05.2020

Überblick

• Warum Master „Allgemeiner Maschinenbau“ ?• Rahmenbedingungen• Beispiele Studienpläne• Die „richtige“ Ausrichtung des Bachelorstudiums ?

• Spezialisierung „Fluidtechnik“ (Prof. Schmitz)• Spezialisierung „Mikrosystemtechnik“ (Prof. Schomburg)• Spezialisierung „Werkstofftechnik“ (Prof. Broeckmann)• Spezialisierung „Simulationstechnik“ (Prof. Schröder)• Spezialisierung „Medizintechnik“ (Prof. Radermacher)

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Die richtige Ausrichtung des Bachelorstudiums für den nachfolgenden Master Allgemeiner Maschinenbau(MAM)…im Bereich Medizintechnik?

•Pflichtmodule:− Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen− Mathematisch-Naturwissenschaftliche Grundlagen− Systemwissenschaftliche Grundlagen− Gesellschaftswissenschaftliche Grundlagen

•Studienrichtungen (Berufsfelder)− Produktionstechnik− Konstruktionstechnik− Energie- und Verfahrenstechnik− Kunststoff- und Textiltechnik− Verkehrstechnik− Luftfahrttechnik…die goldene Regel:….Folgen Sie Ihren Interessen!!!

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• Pflichtmodule (s.o.)• Studienrichtungen (Berufsfelder)

• …die goldene Regel:….Folgen Sie Ihren Interessen …(eher exotisch (aber nicht ausgeschlossen) für Medizintechnik…evtl.: Energietechnik, Fahrzeugtechnik, Luftfahrttechnik)

• Wahl-Pflichtfach Medizintechnik (V2/Ü2) (in den Studienrichtungen Kunststoff- und Textiltechnik sowie Konstruktionstechnik)

• Projektarbeit im Bereich Medizintechnik • In Projekten mit Studierenden aus Medizin, Elektrotechnik und

Maschinenbau

• Bachelorarbeit im Bereich Medizintechnik

Beispiel: Ziel MAM mit Interesse an Medizintechnik- Die richtige Ausrichtung des Bachelorstudiums ? -

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Beispiel für Studienplan „Allgemeiner Maschinenbau“Ein Beispiel von vielen (!!!) für den Interessensschwerpunkt Medizintechnik

+ Masterarbeit (30CP; 22 Wochen) im Bereich Medizintechnik

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Beispiel Exkursion Medizintechnik

Philips (HH): Bildgebung (CT, 2D/3D Röntgen, US, PET, SPECT), Monitoring, …

Olympus (HH): Endoskopie, Mikroskopie, Systemintegration, …

BEGO (Bremen):Fertigung Dentalrestorationen (CAD, SLM, HSC, …), Implantologie …

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Impressionen Exkursionen “Medizintechnik” bis dato

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Erstellen eines Individuellen Studienplanes

Formulare unter:http://www.meditec.hia.rwth-aachen.de/de/lehre-studium/master-allg-masch/

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Studienplanänderungen

Eine nachträgliche Änderung des genehmigten Studienplans ist über eine SPÄ generell möglich − Prinzipieller Ablauf interne Studienplanänderung

1. Inhaltliche Befürwortung durch SRB2. Genehmigung durch Prüfungsausschuss

− Prinzipieller Ablauf externe Studienplanänderung (Ausland)1. Formelle Vorprüfung durch Prüfungsausschuss2. Inhaltliche Genehmigung durch SRB3. Genehmigung durch Prüfungsausschuss

Viele weitere formelle Infos zu SPÄ auch auf der Seite der Fakultät für Maschinenwesen: Im Studium Formalisierte Anträge Studienplanänderunghttp://www.maschinenbau.rwth-aachen.de/cms/Maschinenbau/Studium/Im-Studium/Formalisierte-Antraege/~fhbb/Studienplanaenderung/

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(ggf. Hiwi-Tätigkeit)

Masterarbeit im Bereich Medizintechnik

MAM: Spezialisierung Medizintechnik (max. 29 CPs; Kombination mit anderer Spezialisierung aber möglich und je nach Interesse empfehlenswert!)

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Spektrum der Medizintechnik (und Grenzgebiete)(Quelle: Gegenstandskatalog Medizintechnik / Biomedizinische Technik und Klinikingenieurwesen

der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik)

Angebote zur SpezialisierungMedizintechnik im Maschinenbau der RWTH Aachen

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• Was macht man als Maschinenbauer in der Medizintechnik ?

• Spezialisiere ich mich zu sehr / lege ich mich zu sehr fest ?

2 FAQS zum Studium der Medizintechnik

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Medizinprodukte – ein weites Feld

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Beispiel: Ziel2-Projekt RapidGEN(http://www.meditec.hia.rwth-aachen.de/index.php?id=51)

• Bildverarbeitung• Biomechanik • Planung/med. „CADCAM“• Werkstofftechnik• Fertigungstechnik• Qualitätsmanagement

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Beispiel Röntgen-Bildgebung

2006

1896

1996

Aufgaben für den Maschinenbau?

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Beispiel 2006: CT-Scanner GE LightSpeed VCT (64 Zeilen)

Voxelgröße 0,35 mm (isotrop)(≈ räumliche Abbildungsgenauigkeit)

Helical Scan (40 mm Vorschub /Umdrehung)

Röntgenröhrenleistung 100 kWo 120 kV, 5 Sekunden mit 800 mA

900 Schichten (= 550 mm)

Ganzkörperscan in 15 Sekunden

Röhrenstrom-Modulation (Dosis) in Abhängigkeit von Gewebedicke

Fortschritte in der Röntgen-Bildgebung

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erf. mechanische 3D-Genauigkeit < 35-100 µm (gesch.) röntgentransparente CFK Patientenliege (Auskraglänge bei Ganzkörperscan, Patientengewicht !) Rotationszeit 350 msec Abstand Röhre-Drehzentrum 1.100 mm Röhrengewicht 104 kg

(=> ca. 40.000 N Fliehkraft) Leistungsübertragung

100 kW Röntgenröhre (Datenübertragung)

Fortschritte in der Röntgen-Bildgebung

zy

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Beispiel: Robotik in der bildgeführten Therapie

Source: IMP u. Siemens, 2010

Source: Siemens, 2007

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Beispiel: Miniaturisierte Chirurgieroboter

6DOF System 350 kg

3,5 kg !

5 DOF MINARO System(for Total Hip Revision Surgery)

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Beispiel: Miniaturisierte Chirurgieroboter

MAZOR Semiactive Robotic Toolguide(ca. 150 g !)

MINARO 5 DOF Fräsroboter3,5 kg (mediTEC/RWTH Aachen)

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Zunehmende Komplexität von MedizintechnikBeispiel: Roboter in der Medizin

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Zunehmende Komplexität von MedizintechnikBiohybride Implantate und In-vitro-Diagnostika

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Zunehmende Komplexität von MedizintechnikVernetzte Med-IT-Systeme und das Internet-of-Things

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• Körperhaltungs- und Arbeitsprozessanalysen

• Entwicklung einer Wissensbasis und einer zentralen Benutzungsschnittstelle

• Koordinierte Bewegung des Patientenlagerungssystems und z.B. Röntgensystems

Wissensdatenbank=> Sammlung und Bereitstellung von Informationen mit Relevanz für die Tischpositionierung

Anthropometrie

• Operateur• Assistenten• Patient

Tischkonfiguration

• Tischtyp• Ausstattung• Anbauteile

Operationstechnik

• Eingriffe• Eingriffsphasen• Zugänge• Lagerungen• Arbeitsschritte• Bearbeitungscharakter

und -richtung• Interaktion Operateur/

Assitenten• Restriktionen

Personalisierung

• Persönliche Präferenzen bzgl. Lagerung etc.

Status Positionierempfehlung

Positionierexperte=> Auswertung der Datenbankinformationen zu empfohlener Tischpositionierung

Optimierung

• (Lagerung)• Tischeinstellung• Haltung / Interaktion

Bewertung

• Belastung Arzt / Patient• Risiken

Erforderliche Informationen

Wissensdatenbank=> Sammlung und Bereitstellung von Informationen mit Relevanz für die Tischpositionierung

Anthropometrie

• Operateur• Assistenten• Patient

Tischkonfiguration

• Tischtyp• Ausstattung• Anbauteile

Operationstechnik

• Eingriffe• Eingriffsphasen• Zugänge• Lagerungen• Arbeitsschritte• Bearbeitungscharakter

und -richtung• Interaktion Operateur/

Assitenten• Restriktionen

Personalisierung

• Persönliche Präferenzen bzgl. Lagerung etc.

Status Positionierempfehlung

Positionierexperte=> Auswertung der Datenbankinformationen zu empfohlener Tischpositionierung

Optimierung

• (Lagerung)• Tischeinstellung• Haltung / Interaktion

Bewertung

• Belastung Arzt / Patient• Risiken

Erforderliche Informationen

(Ergonomie- und Arbeitsprozeß-)Beispiel: Wissensbasierte OP-Tischsteuerung

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• Analyse - mittels ingenieurwissenschaftlicher Methoden und Techniken (Arbeitsabläufe, Belastungsanalyse, Signalanalyse, Merkmalsextraktion (Diagnoseunterstützung),…)

• Modellierung – Beschreibung medizinischen Wissens mittels ingenieurwissenschaftlicher Methodik (als Grundlage für Systemoptimierung bzw. Systementwurf)

• Simulation – natürliche und/oder technische Vorgänge mittels technischer Simulationswerkzeuge zum Verständnis und zur Vorhersage (human-)biologischer oder technischer Vorgänge

• Systematische Lösungssuche und Systementwurf mittels ingenieurwissenschaftlicher Methoden (Systemtechnik, Konstruktion, Regelungsentwurf, Abläufe,…)

• Bereitstellung durch Anwendung technologischer Verfahren und ingenieurwissenschaftlicher Methodik (Herstellung, Qualitätsmanagement, Arbeitsorganisation, Logistik,…)

Ingenieuraufgaben in der Medizin

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Einsatz naturwissenschaftlichen und technischen Wissens für die Problem-/Systemanalyse, Systementwicklung und –bereitstellungin interdisziplinären Teams

Ingenieuraufgaben in der Medizin

o Werkstofftechnik (Metalle, Keramik, Kunststoff, Verbünde/Hybride,…)

o Konstruktionstechnik/Konstruktionssystematiko Mess- und Regelungstechniko Informationstechnik o Fertigungstechniko Antriebs- und Getriebetechnik, Robotiko Strömungstechniko (Bio-)Mechaniko Verfahrenstechniko Arbeitsorganisation, Logistik, Qualitätsmanagement o Ergonomieo …Goldene Regel: Folgen Sie Ihren Interessen...!

(im Rahmen der Regeln der Studienrichtung)

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Stellenwert der Medizintechnik

Weltmarkt Medizinprodukte (ohne IVD) ca. 320 Mrd US$

in Deutschland 2017 insgesamt >210.000 Beschäftigte

Exportquote ca. 65 Prozent Umsatzwachstum Ø ca. 5-6% KMU-geprägt: 92% (ca. 1200) der

Medizintechnik-Unternehmen < 250 Mitarbeiter Innovationkraft: Ca. ein Drittel des Umsatzes erzielen die deutsche

Medizintechnikhersteller mit Produkten, die nicht älter als 3 Jahre sind Medizintechnik unter Technologiebereiche mit 12.263 weltweiten Patentanträgen (eingereicht beim Europäischen Patentamt) auch 2016 führend. Deutschland liegt mit 1.323 Patentanmeldungen hinter den USA (4.606) und vor Japan (1.102) auf Platz 2.

Durchschnittlich fließen ca. 9% des Umsatzes in Forschung und Entwicklung(Chemieindustrie 5% verarbeitenden Industrie insgesamt 3,8% (FAZ vom 26.4.2005, S. 13)).

(Quellen: BVMED 2017, Statistisches Bundesamt, Spectaris, BMBF, 2016/17)

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Stellenwert der Medizintechnik

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Medizinprodukte – ein weites (Anwendungs-)Feld

Bildquelle: BVMed

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Medizinproduktesicherheit

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Forschungspotentiale und Zukunftsfelder

Forschungs-Trends u.a. Biohybride Systeme (Organersatz, regenerative Medizin…) Miniaturisierung und Integration Medizintechnik & IT Integration (Digitalisierung, Cyber-Physical Systems, IoT,…) Medizinproduktesicherheit (Vigilanz, Risikomanagement komplexer neuartiger

Systeme inkl. Medical device -IT, Biohybrid Medical Devices, Pharmako-MedDev.) Automatisierung und Rationalisierung (Qualitätssicherung und Entlastung von zeitaufwändigen Routineaufgaben (Labormedizin, Intensivmedizin/Monitoring, Pflege, Rehabilitation,…)

Minimalinvasive Therapieverfahren mit geringer Morbidität und kurzer Rekonvaleszenz (Reduzierung Arbeitsausfallzeiten bzw. - bei älteren Menschen –rasche Wiederherstellung von Mobilität und Autonomie (reduzierte Pflege/Rehakosten)

Altersgerechte Medizin(technik) (spezifische Funktionalität und Gebrauchstauglichkeit im Arbeitsleben und Ruhestand)

Modellgestützte Individualisierte / Personalisierte (patientenspezifische) Medizin(-technik) (insbesondere i.d. Therapie; Funktionalität, Design,…)

…

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Maschinenbau und Medizintechnik …

Biologie&Biochemie

Maschinen-bau

InformatikPhysik

Medizin

Elektro-technik

…Bestandteil einer interdisziplinären Kooperation

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Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik der RWTH Aachen

• 7 Lehrstühle• 4 Fakultäten• >250 Mitarbeiter• interdisziplinäreForschung

• >80% Drittmittel• nationale & internationaleNetzwerke

• Spin-off-Untern. m.ca. 500 Mitarbeitern

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Was macht man als Maschinenbauer in der Medizintechnik ?o Ein breites Spektrum interessanter Tätigkeitsgebiete in interdisziplinären Teamso Studienrichtung Allgemeiner Maschinenbau/Medizintechnik primär für berufliche

Tätigkeit in Forschung und Entwicklung (sowie ggf. Marketing und Qualitätsmanagement)

Spezialisiere ich mich zu sehr / lege ich mich zu sehr fest ?

2 FAQS zum Studium der Medizintechnik

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Stellenwert der Medizintechnik – in der Lehre

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Stellenwert der Medizintechnik – in der Lehre

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Empfehlung max. 25 (von 60) CPs mit medizintechnischem Bezug (mit Wahlmöglichkeit)- Rest: Grundlagen & Vertiefung allgemeine Ingenieurwissenschaften

>>> Ziel: Interessen berücksichtigen und spezifisches Vorwissen erwerben ohne jedoch „Fachidioten“ zu produzieren !

Hintergrund: Die medizintechnische Industrie sucht KandidatInneno 1) mit einer soliden ingenieurwissenschaftlichen Ausbildung, …o 2) offensichtlichem Interesse an der Medizintechnik, …o 3) Vorkenntnissen im Bereich Medtech (0,5-1 Jahr Einarbeitung = ca. 50-120k€

p.a.)

Medizintechnikbranche wächst konstant (8-12% p.a.) und bietet gute Berufschancen in unterschiedlichsten Tätigkeitsschwerpunkten

Medizintechnik braucht gute IngenieurInnen ! - Gute IngenieurInnen sind überall gefragt ! Sie sind also nicht festgelegt !

Wichtig in jedem: Nachweis praktischer Erfahrungen durch ingenieurmäßige Projektarbeit (problemorientiertes Lernen – „training on the job“) Bachelor-und Masterarbeiten (sowie als Hiwis !!!) im Bereich !!!

Medizintechnik als Studienschwerpunkt ? Spezialisiere ich mich zu sehr / lege ich mich zu sehr fest ?

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Studiengangbetreuer und -beratung:Prof. Dr.-Ing. K. Radermacher Lehrstuhl für Medizintechnik

Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technikder RWTH AachenPauwelsstrasse 2052074 Aachenmeditec@hia.rwth-aachen.de

Sprechstunde Dienstags 10:30 – 11:30 Uhr(nach Terminvereinbarung über meditec@hia.rwth-aachen.de)

Vertretung Studienberatung:Lukas Theisgen, M.Sc. (studienberatung@hia.rwth-aachen.de)Telefonsprechstunde (www.meditec.rwth-aachen.de) für formelle Fragen

Vertretung Studiengangbetreuung (nur in Notfällen):Prof. Dr.-Ing. P. Jeschke Institut für Strahlantriebe und

TurboarbeitsmaschinenTemplergraben 55, 52062 Aachen

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Masterstudiengang Allgemeiner Maschinenbau - Betreuung und Beratung -